|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Zegar słoneczny. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Czas jest ulotny i nie możemy go kontrolować. Człowiek od tysięcy lat próbuje zatrzymać czas, ale niestety w rezultacie obserwuje jedynie jego postęp. Zegar słoneczny to starożytny instrument pozwalający śledzić upływ czasu. Używano ich od wieków, a urok, jaki tkwi w zegarach słonecznych, zdaje się nigdy nie przeminąć. Zegary słoneczne, których używamy dzisiaj, mają taką samą konstrukcję jak w czasach starożytnych, nie zmieniły się ani trochę w ciągu ostatnich kilku tysięcy lat. W artykule zaprezentowano zupełnie nową konstrukcję opartą na zasadzie zegara słonecznego. Podobnie jak inne domowe produkty, nasz projekt jest całkowicie autonomiczny i nie wymaga zewnętrznego zasilania do działania. Działanie klasycznego zegara słonecznego W klasycznym zegarze słonecznym czas wyznaczany jest przez cień gnomona lub szpilki rzucanej przez słońce na okrąg z liczbami odpowiadającymi porze dnia (ryc. 1). Okrąg jest zorientowany tak, aby cień szpilki wskazywał aktualną porę dnia.
Nasze zmodernizowane zegary słoneczne działają w bardzo podobny sposób. W przeciwieństwie do tradycyjnych zegarów słonecznych ze stałą podstawą, nasze zegarki posiadają mechanizm umieszczony na gramofonie. Ten ostatni połączony jest ze stałą podstawą zegarka za pomocą wału silnika elektrycznego. Stół można obracać za pomocą wolnoobrotowego silnika po okręgu pod kątem 360°. Silnik jest sterowany przez złożony obwód elektroniczny. W odróżnieniu od klasycznego zegara słonecznego zaletą tego obwodu jest to, że elektronika określa położenie cienia i steruje silnikiem podążającym za słońcem. Śledzenie Słońca Układ elektroniczny zawiera dwa fotosensory (fototranzystory Q1 i Q2) oraz dwa komparatory napięcia (IC1 i IC2) (rys. 2). Fotosensory są połączone szeregowo z rezystorami R1 i R2, tworząc dzielnik napięcia, z którego sygnał pobierany jest w miejscu podłączenia i R2.
Napięcie odniesienia do komparatorów dostarczane jest z dzielnika utworzonego przez rezystory R3, R4 i R5. W ten sposób uzyskuje się obwód mostkowy, którego jedno ramię tworzą elementy Q1, R1, R2 i Q2, drugie zaś rezystory R3, R4 i R5. Drugie ramię mostka ma nietypowy wygląd, gdyż sygnał wyjściowy nie jest tu pobierany ze wspólnego punktu, jak ma to miejsce np. w pierwszym ramieniu mostka. Zamiast tego z zacisków rezystora R4 usuwane są dwa różne napięcia. Potencjał na górnym zacisku rezystora R4 jest wyższy niż potencjał na jego dolnym zacisku. Wyższe napięcie jest dostarczane do komparatora IC1, niższe napięcie do IC2. Ze względu na różnice w napięciach odniesienia komparatory będą działać przy różnych napięciach wejściowych. Jeśli przyjrzysz się uważnie schematowi, zauważysz „krzyżowe” połączenie komparatorów, tj. ujemne wejście układu IC1 jest połączone z dodatnim wejściem układu IC2. Prowadzi to do nieoczekiwanego efektu. Aby zrozumieć zasadę działania obwodu, przyłóżmy napięcie do jego wejścia. Załóżmy, że napięcie wejściowe jest niższe od napięcia odniesienia komparatora IC2. Patrząc na komparator IC1, widzimy, że jego sygnał wyjściowy będzie miał wysoki potencjał, ponieważ napięcie na jego wejściu nieodwracającym jest wyższe niż na wejściu odwracającym. Z drugiej strony wyjście układu IC2 będzie ujemne, ponieważ jego odwracające napięcie wejściowe jest większe niż napięcie sygnału wejściowego. Wraz ze wzrostem napięcia wejściowego następuje moment, w którym napięcie na nieodwracającym wejściu układu IC2 staje się większe niż napięcie odniesienia pobierane z rezystora R5. Komparator IC2 przełączy się, a jego sygnał wyjściowy stanie się dodatni. Komparator IC1 nie reaguje jednak na tę zmianę napięcia, ponieważ napięcie na jego wejściu jest o jedną trzecią wyższe od napięcia odniesienia komparatora IC2. Gdy sygnał wejściowy przekroczy napięcie odniesienia komparatora IC2, jego sygnał wyjściowy będzie ujemny. Należy zauważyć, że napięcia wyjściowe obu komparatorów są takie same (dodatnie), gdy napięcie wejściowe mieści się pomiędzy górną i dolną granicą określoną przez rezystor R4. Zmiana napięcia wejściowego zależy od natężenia światła padającego na fototranzystory. Kiedy na fototranzystor Q1 pada więcej światła niż na Q2, napięcie wejściowe jest wysokie. Jeśli natomiast na Q2 pada więcej światła niż na Q1, napięcie wejściowe jest małe. Gdy oba fototranzystory są oświetlone jednakowo, sygnał przyjmuje wartość średnią pomiędzy dwoma granicami. Jednostka napędu Podłączając silnik elektryczny pomiędzy wyjścia komparatorów, mogliśmy faktycznie sterować jego obrotami za pomocą fototranzystorów. Jak pokazano wcześniej, oba wyjścia mają dodatni potencjał tylko wtedy, gdy fototranzystory są równomiernie oświetlone. Ściemnianie tranzystora Q1 powoduje przełączenie komparatora IC1, co powoduje przejście na stan niski, podczas gdy wyjście IC2 pozostaje na wysokim poziomie. Silnik zacznie się obracać. Ściemnianie tranzystora Q2 ma odwrotny skutek. Wyjście IC2 jest ustawione na niski poziom, a IC1 pozostaje na wysokim poziomie. Silnik również zacznie się obracać, ale w innym kierunku. Innymi słowy, sterowanie silnikiem odbywa się poprzez oświetlenie fototranzystorów. Aby wyeliminować niestabilną pracę silnika w pobliżu punktu zerowego, tworzona jest martwa strefa poprzez przyłożenie różnych napięć odniesienia do komparatorów. W rzeczywistości komparator nie może bezpośrednio sterować silnikiem. Aby zwiększyć moc wyjściową komparatora, do sterowania silnikiem elektrycznym stosuje się układ IC3. Strukturalnie nasz model jest zaprojektowany w taki sposób (ryc. 3), że gnomon (środkowa ruchoma część urządzenia) zacienia jeden lub drugi tranzystor w zależności od położenia słońca. Silnik zaczyna się poruszać i obraca gramofon, aż oba tranzystory zostaną równomiernie oświetlone, czyli równo skierowane w stronę słońca. Teraz możesz określić porę dnia na podstawie położenia gnomona.
Po uważnej lekturze powyższego wyjaśnienia być może zauważyłeś, że natężenie światła wymagane do działania urządzenia nie jest w żaden sposób ograniczone. Dopóki oba fotokomórki otrzymują taką samą ilość światła, całe urządzenie znajduje się w stanie spoczynku. Gdy tylko jeden fotokomórka otrzyma więcej światła niż drugi, silnik zacznie się poruszać. Oznacza to, że zegar słoneczny będzie podążał za słońcem, nawet jeśli jest ukryte we mgle lub chmurach, czego klasyczny zegar słoneczny nie jest w stanie zrobić. W rzeczywistości, dostosowując wartość i R2, możesz nawet śledzić ruch księżyca na nocnym niebie! Zegar słoneczny pobiera energię elektryczną z trzech baterii niklowo-kadmowych. Baterie oprócz zasilania silnika dostarczają energię elektryczną do obwodu elektronicznego. W ciągu dnia akumulatory ładowane są z małego panelu słonecznego. Aby zapobiec rozładowywaniu akumulatorów przez panel słoneczny w nocy, w obwodzie znajduje się dioda blokująca. Zegarek projekt Zegar słoneczny wykonany jest z arkusza tworzywa akrylowego, takiego jak plexi. Najpierw wytnij z plastiku okrąg o średnicy 26 cm.Z jego środkowej części wyjmij krążek o średnicy 21 cm. Uważaj, aby nie rozdzielić pozostałego pierścienia: posłuży on za tarczę, a mniejsze kółko będzie służyć jako „ruchomy stół”. Następnie wytnij z arkusza plastiku kwadrat o boku 17 cm, który przetnij po przekątnej na dwa trójkąty równoramienne, które posłużą za boki naszego gnomona. Aby światło przenikające przez przezroczyste plastikowe boki nie docierało do fotodetektorów, należy je pomalować, najlepiej od wewnątrz. Malowanie od wewnątrz pozwala zachować połysk plastiku, tworząc wrażenie jego głębi i zwiększyć żywotność farby. Do malowania nadaje się nieprzezroczysty barwnik dowolnego koloru. Na koniec wytnij plastikową płytkę o długości 24 cm i szerokości 6 cm, na której umieścisz panel słoneczny. Podłącz szeregowo baterię złożoną z dziewięciu ogniw słonecznych o wymiarach 2,5x5,3 cm2 i umieść ją wzdłuż płytki (długość baterii 22,5 cm). Pełne napięcie wyjściowe akumulatora powinno wynosić 4 V przy 100 mA. Korzystając z tych informacji, w razie potrzeby możesz zmienić wymiary projektowe baterii. Teraz należy zabezpieczyć silnik (oś w dół) aby obrócić stół ruchomy o średnicy 21 cm Oś silnika przechodzi przez wywiercony w środku stołu otwór, a sam silnik mocuje się do stołu za pomocą dwie śruby lub klej. Przed dalszą pracą w każdym trójkącie należy wywiercić otwór o średnicy 6 mm. Narysuj mentalną linię pomiędzy podstawą prawego trójkąta a wierzchołkiem kąta prostego. Ta linia jest wysokością trójkąta, jeśli za podstawę przyjmujemy przeciwprostokątną. Otwór wierci się w odległości około 5 cm od wierzchołka pod kątem 45° do płaszczyzny trójkąta w kierunku jego podstawy (przeciwprostokątnej). Po zakończeniu montażu PCB do tych otworów zostaną przymocowane fototranzystory. projekt PCB Część elektroniczna obwodu zegara słonecznego znajduje się na płytce drukowanej. Schemat przewodów płytki drukowanej pokazano na ryc. 4, rozmieszczenie części na płycie - na ryc. 5. Wszystkie elementy należy przylutować w odpowiednich punktach płytki, za wyjątkiem fototranzystorów.
Fototranzystory są umieszczone na końcu. Fototranzystor Q1 jest przylutowany z jednej strony płytki PCB, a Q2 z drugiej. Pozostaw przewody tranzystora na całej długości, nie skracaj ich. Teraz przylutuj zaciski silnika i akumulatora do płytki drukowanej. Na tym etapie konieczne jest wstępne sprawdzenie funkcjonalności obwodu. Ostrożnie zagnij przewody fototranzystorów tak, aby tranzystory były skierowane w tę samą stronę. Jeśli obwód jest dokładnie zbilansowany, urządzenie powinno stać nieruchomo. Gdy fototranzystory są naprzemiennie zwarte, silnik powinien obracać się w przeciwnych kierunkach. Jeśli silnik nadal się obraca, gdy jest skierowany dokładnie na źródło światła, oznacza to, że charakterystyka fototranzystorów nie jest zgodna. Jeśli różnica jest niewielka, można ją wyeliminować, wybierając wartości rezystorów i R2. Zrównoważenie mostka można sprawdzić podłączając woltomierz do miejsca podłączenia rezystorów. W przypadku dużej nierównowagi należy dobrać fototranzystory o podobnych charakterystykach. Teraz przyszedł czas na ostateczny montaż zegara słonecznego. Przyklej jeden fototranzystor do otworów o średnicy 6 mm wywierconych w trójkątnych bokach. Należy dokładnie zamocować trójkątne boki na gramofonie, wówczas fototranzystory będą skierowane pod kątem 45° do horyzontu. Przyklej pomalowane trójkątne boki do gramofonu za pomocą kleju akrylowego. Należy je ustawić równolegle do siebie w jednakowej odległości od krawędzi stołu, odległość ta uzależniona jest od wielkości zastosowanego silnika.
Bateria słoneczna Ostrożnie, aby nie stopić plastiku, przylutuj przewody prowadzące od panelu słonecznego do płytki drukowanej. Następnie przyklej płytkę z umieszczonym na niej panelem słonecznym do długich boków trójkątnych boków. Zobaczysz, że krawędzie płyty wystają poza boki trójkątnych płytek o około 6 mm. Zrobiono to celowo. Wystająca krawędź rzuca cień na bok gnomona i lekko zasłania fototranzystor. Aby zapobiec prześwitywaniu płyty w tych miejscach, należy pomalować krawędzie farbą kryjącą. Należy unikać dostania się farby na łączone części. Lepiej jest pomalować te obszary po sklejeniu. Jeśli zostanie zainstalowany prawidłowo, silnik będzie obracał gramofon zgodnie z zacienieniem fotokomórek. Obracając platformę w przeciwnym kierunku, zamień przewody silnika. Na koniec, aby zabezpieczyć gnomona przed deszczem i wilgocią, przykryj pozostałą otwartą stronę paskiem plastiku o wymiarach 17x5 cm2. Tę część również należy pomalować, aby uniknąć niepożądanego naświetlenia. Wykończeniowy Aby zegarek zaczął działać, należy przymocować wał silnika do podstawy nośnej. Może to być kawałek drewna, metalu, kamienia lub innego materiału, w który włożona i przyklejona jest metalowa tuleja z otworem na wał silnika. Wokół zegara słonecznego umieszczony jest duży plastikowy pierścień, wycięty z plastiku podczas produkcji gramofonu, który służy do wskazywania godziny. Mocowany jest także do podstawy zewnętrznej. Zegar słoneczny wygląda dobrze, jeśli najpierw pomalujesz okrąg złotą lub miedzianą farbą, a następnie przyczepisz do niego 13 cyfr rzymskich. Zacznij od cyfry VI (6) i umieszczaj cyfry na półkolu, przesuwając się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż ponownie dotrzesz do cyfry VI (6). Obie cyfry VI (6) znajdują się naprzeciw siebie (pod kątem 180°), a cyfra rzymska XII (12), odpowiadająca południu, jest pod kątem prostym (90°) do obu cyfr VI. W rzeczywistości tarcza zegarka jest ściśnięta w półkole, druga połowa pozostaje przezroczysta (zegar nocny). Aby ustawić zegar słoneczny, wystarczy obrócić pokrętło, aż wskazówka wskaże właściwą godzinę, a następnie zablokować go na miejscu. Gdy słońce porusza się po niebie, gnomon będzie za nim podążał. Korekta czasu W zależności od sezonowej zmiany położenia słońca na niebie, istnieje niewielka różnica między czasem rzeczywistym a wyświetlanym. Błąd można skorygować poprzez obliczenia z wykorzystaniem danych tabelarycznych. Teraz masz nowoczesny zegar słoneczny o tradycyjnym wyglądzie.
Autor: Byers T.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Bransoletki magnetyczne nie działają ▪ Prywatne firmy na loty na Księżyc
▪ sekcja witryny Wzmacniacze mocy RF. Wybór artykułu ▪ artykuł I będziecie żyli na ziemi jak ślepe robaki... Popularne wyrażenie ▪ artykuł Ograniczenia dotyczące ciężkich i niebezpiecznych prac ▪ artykuł Bezpieczeństwo linii telefonicznych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony